拜占庭共识算法

‘壹’ 区块链几大共识机制及优缺点

首先，没有一种共识机制是完美无缺的，各共识机制都有其优缺点，有些共识机制是为解决一些特定的问题而生。
1.pow( Proof of Work）工作量证明
一句话介绍：干的越多，收的越多。
依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50%节点出错。
优点：
1)算法简单，容易实现；
2)节点间无需交换额外的信息即可达成共识；
3)破坏系统需要投入极大的成本；
缺点：
1)浪费能源；
2)区块的确认时间难以缩短；
3)新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；
4)容易产生分叉，需要等待多个确认；
5)永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性；
2.POS Proof of Stake，权益证明
一句话介绍：持有越多，获得越多。
主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，相对于PoW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度
优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源挖矿。
缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。例如，以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出现，事实上证明了此次硬分叉的失败。
DPOS与POS原理相同，只是选了一些“人大代表”。
BitShares社区首先提出了DPoS机制。
与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。
DPoS的工作原理为：
去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力，51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标，每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费，一名代表将获得1股作为报酬。
网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块，而这将导致区块链分叉。然而，这不太可能发生，因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。
该模式可以每30秒产生一个新区块，并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小，即使发生也可以在几分钟内得到解决。
成为代表：
成为一名代表，你必须在网络上注册你的公钥，然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。
授权选票：
每个钱包有一个参数设置窗口，在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表，并将其分级。一经设定，用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下，用户不会创建特别以投票为目的的交易，因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下，某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。
保持代表诚实：
每个钱包将显示一个状态指示器，让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块，那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块，那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。
抵抗攻击：
在抵抗攻击上，因为前100名代表所获得的权力权是相同的，每名代表都有一份相等的投票权。因此，无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表，可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是，由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址，这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接，将使妨碍他们生产区块变得更为困难。
优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。
缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。
3.PBFT ：Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错
介绍：在保证活性和安全性（liveness & safety）的前提下提供了(n-1)/3的容错性。
在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机（Coordinator / Commander）或成员计算机 （Member /Lieutanent）可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。
拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但只可以用来验证一个机制的有效程度。
而拜占庭问题的可能解决方法为：
在 N ≥ 3F + 1 的情况下一致性是可能解决。其中，N为计算机总数，F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后，各计算机列出所有得到的信息，以大多数的结果作为解决办法。
1）系统运转可以脱离币的存在，pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。
2）共识的时延大约在2~5秒钟，基本达到商用实时处理的要求。
3）共识效率高，可满足高频交易量的需求。
缺点：
1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；
2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据
下面说两个国产的吧~
4.dBFT： delegated BFT 授权拜占庭容错算法
介绍：小蚁采用的dBFT机制，是由权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
此算法在PBFT基础上进行了以下改进：
将C/S架构的请求响应模式，改进为适合P2P网络的对等节点模式；
将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点；
为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点（记账节点）；
在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。
优点：
1)专业化的记账人；
2)可以容忍任何类型的错误；
3)记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉；
4)算法的可靠性有严格的数学证明；
缺点：
1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；
2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；
以上总结来说，dBFT机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
5.POOL验证池
基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。
优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基础上，实现秒级共识验证。
缺点：去中心化程度不如bictoin；更适合多方参与的多中心商业模式。

‘贰’ 什么是共识算法ByzantinePaxos（2010）

原始Paxos的BFT版本，在相同网络假设下存在1/3拜占庭故障节点时是安全的。这是由（你可能已经猜到了）LeslieLamport发明的，是他最初的Paxos论文的延伸。

‘叁’ 什么是共识机制

共识机制，简单说就是在一个时间段内对事物的前后顺序达成共识的一种算法。

在区块链上，共识机制就像一个国家的法律，维系着区块链世界的正常运转。在区块链上，每个人都会有一份记录链上所有交易的账本，链上产生一笔新的交易时，每个人接收到这个信息的时间是不一样的，有些想要干坏事的人就有可能在这时发布一些错误的信息，这时就需要一个人把所有人接收到的信息进行验证，最后公布最正确的信息。

目前，常用的共识机制有三种：

1、工作量证明机制(Proof of Work - PoW)是我们最熟知的一种共识机制。就如字面的解释，PoW就是工作越多，收益越大。这里的工作就是猜数字，谁能最快的猜出这个唯一的数字，谁就能做信息公示人。

2、权益证明机制(Proof of Stake-PoS)也属于一种共识证明，它类似股权凭证和投票系统，因此也叫“股权证明算法”。由持有最多（token）的人来公示最终信息。

3、拜占庭共识算法（Practical Byzantine Fault Tolerance- PBFT）也是一种常见的共识证明。它与之前两种都不相同，PBFT以计算为基础，也没有代币奖励。由链上所有人参与投票，少于（N-1）/3个节点反对时就获得公示信息的权利。

‘肆’ 分布式共识包含哪三种方法

PoW 、PoS 、DPOW都是什么意思？
说到区块链，我们必然会谈及它的共识机制。不了解区块链的共识机制，就无法理解区块链的真正意义。那么，今日份的区块链的共识机制了解一下？
共识机制是什么？
什么是共识？直取它的字面意思，就是"共同的认识".
人与人是不同的，这种不同不仅体现在身材、长相、能力，更体现在文化、观点、想法、利益诉求等等方面。
共识，简而言之，就是一个群体的成员在某一方面达成的一致意见。
我们了解到，信任是社会运转中的一大痛点，银行有自己的信用体系，过去的金融体系服务于只服务于极少的企业家，因为建立信用体系耗资巨大。后来支付宝有了芝麻信用，信用已经关系到生活的很多方面，信用卡额度、花呗额度，芝麻信用高出国还可以免签。我们正享受着信用给我们带来的便捷。
区块链本质是去中心化，去中心化的核心是共识机制，区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。
区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：
1）一致性：所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。
2）有效性：由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。
区块链的自信任主要体现于分布于区块链中的用户无须信任交易的另一方，也无须信任一个中心化的机构，只需要信任区块链协议下的软件系统即可实现交易。
共识机制是什么？PoW 、PoS 、DPOW都是什么意思？
共识机制的必要性？
分布式系统中，多个主机通过异步通信方式组成网络集群。在这样的一个异步系统中，需要主机之间进行状态复制，以保证每个主机达成一致的状态共识。错误信息可能出现在异步系统内并不断传播，因此需要在默认不可靠的异步网络中定义容错协议，以确保各主机达成安全可靠的状态共识，这就是共识机制诞生的必要性。
这种自信任的前提是区块链的共识机制（consensus），即在一个互不信任的市场中，要想使各节点达成一致的充分必要条件是每个节点出于对自身利益最大化的考虑，都会自发、诚实地遵守协议中预先设定的规则，判断每一笔记录的真实性，最终将判断为真的记录记入区块链之中。attachments-2018-08-9yY7VRHa5b738e3d96021.jpg
换句话说，如果各节点具有各自独立的利益并互相竞争，则这些节点几乎不可能合谋欺骗你，而当节点们在网络中拥有公共信誉时，这一点体现得尤为明显。区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立"信任"网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。
当今区块链的几种共识机制介绍
区块链上的共识机制有多种，但任何一种都不是完美无缺，或者说适用于所有应用场景的。
PoW 工作量证明
整个系统中每个节点为整个系统提供计算能力（简称算力），通过一个竞争机制，让计算工作完成最出色的节点获得系统的奖励，即完成新生成货币的分配，简单理解就是多劳多得，bitcoin、LTC等货币型区块链就应用POW机制。
优点
完全去中心化节点自由进出，算法简单，容易实现破坏系统花费的成本巨大，只要网络破坏者的算力不超过网络总算力的50%,网络的交易状态就能达成一致
缺点
浪费能源，这是最大的缺点区块的确认时间难以缩短，如bitcoin每秒只能做7笔交易，不适合商业应用新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临bitcoin的算力攻击对节点的性能网络环境要求高容易产生分叉，需要等待多个确认无法达成最终一致性
PoS 权益证明
也称股权证明，类似于你把财产存在银行，这种模式会根据你持有加密货币的数量和时间，分配给你相应的利息。
优点
对节点性能要求低，达成共识时间短
缺点
没有最终一致性，需要检查点机制来弥补最终性
DPOW 委托股权证明
DPOW是 PoS 的进化方案，在常规 PoW和 PoS 中，任何一个新加入的区块，都需要被整个网络所有节点做确认，非常影响效率。
DPoS则类似于现代董事会的投票机制，通过选举代表来进行投票和决策。被选举出的n个记账节点来做新区块的创建、验证、签名和相互监督，这样就极大地减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。
优点
大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证
缺点
牺牲了去中心化的概念，不适合公有链
PBFT 实用拜占庭容错
实用拜占庭容错机制是一种采用"许可投票、少数服从多数"来选举领导者并进行记账的共识机制，该共识机制允许拜占庭容错，允许强监督节点参与，具备权限分级能力，性能更高，耗能更低，而且每轮记账都会由全网节点共同选举领导者，允许33%的节点作恶，容错率为33%.实用拜占庭容错特别适合联盟链的应用场景。
优点
会背离中心化，加密货币的存在及奖励机制会产生马太效应，让社区中的穷者更穷，富者更富共识效率高，可实现高频交易
缺点
当系统只剩下33%的节点运行时，系统会停止运行
dBFT 授权拜占庭容错
这种机制是用权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法达成共识。授权拜占庭容错机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
优点
专业化的记账人可以容忍任何类型的错误记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉算法的可靠性有严格的数学证明
缺点
当三分之一或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务当三分之一或以上记账人联合作恶，可能会使系统出现分叉
Pool 验证池
基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。
优点
不需要加密货币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基础上，实现秒级共识验证。
缺点
去中心化程度不如bitcoin,更适合多方参与的多中心商业模式。
Paxos
这是一种传统的分布式一致性算法，是一种基于选举领导者的共识机制。领导者节点拥有绝对权限，并允许强监督节点参与，其性能高，资源消耗低。所有节点一般有线下准入机制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性。
Paxos算法中将节点分为三种类型：
proposer:提出一个提案，等待大家批准为结案。往往是客户端担任该角色
acceptor:负责对提案进行投票。往往是服务端担任该角色
learner:被告知结案结果，并与之统一，不参与投票过程。可能为客户端或服务端
Paxos 能保证在超过50%的正常节点存在时，系统能达成共识。
瑞波共识机制
瑞波共识算法使一组节点能够基于特殊节点列表形成共识，初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由该俱乐部51%的会员投票通过。共识遵循这些核心成员的"51%权利",外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由中心化开始，它将一直是中心化的，而如果它开始腐化，股东们什么也做不了。与bitcoin及Peercoin一样，瑞波系统将股东们与其投票权隔开，因此，它比其他系统更中心化。
Peercoin
Peercoin（点点币，PPC），混合了POW工作量证明及POS权益证明方式，其中POW主要用于发行货币，未来预计随着挖矿难度上升，产量降低，系统安全主要由POS维护。
在区块链网络中，由于应用场景的不同，所设计的目标各异，不同的区块链系统采用了不同的共识算法。每种共识算法都不是完美的，都有其优点和局限性。
区块链解决了在不可信信道上传输可信信息、价值转移的问题，而共识机制解决了区块链如何分布式场景下达成一致性的问题。
虽然区块链目前还处于发展的早期，行业发展还面临着一些阻碍，但社会已经足够多地认识到区块链的价值，区块链发展的脚步绝不会停滞不前，行业发展也定会找到突破阻碍的方法。

‘伍’ 区块链共识机制，拜占庭将军问题是什么

POW完全依靠用经济激励的方式来大量增加记账参与者， 从而稀释作恶节点的比例， 或者说大幅增加作恶的成本， 做假账者需要控制或者贿赂更多的节点。这是一种简单粗暴的共识机制， 在算法上没有优化过，但是又非常可行， 现在体量最大的两条区块链， 比特币和以太坊都是用POW挖矿的方式。
POW虽然不是最优，但是现在最最切实可行的共识算法。例如比特币、莱特币、DECENT都是采用的POW证明机制。

‘陆’ 什么是poc容量证明共识算法

PoC是Proof of Capacity的缩写，翻译成汉语就是容量证明。顾名思义，就是通过存储容量的多少来决定区块生成权的算法。PoC共识机制用更加通俗的语言表达就是用CPU，GPU预算出一堆彩票号码，然后填满硬盘，挖矿就是寻找中奖的彩票号码。
目前大部分数字货币挖矿采用的是PoW（工作量证明）。仅有Burst、BHD、Newbi使用PoC共识机制。

‘柒’ 共识算法都包括了什么算法

下面列出30种共识算法。
1. 工作量证明(PoW，Proof of Work)
2. 权益证明(PoS，Proof of Stake)
3. 延迟工作量证明(dPoW，Delayed Proof-of-Work)
4. 授权 PoS(DPoS，Delegated Proof-of-Stake)
5. 权威证明(PoA，Proof-of-Authority)
6. 权重证明(PoWeight，Proof-of-Weight)
7. 声誉证明(PoR，Proof of Reputation)
8. 所用时间证明(PoET，Proof of Elapsed Time)
9. 容量证明(PoC，Proof of Capacity)，也称为空间证明(PoSpace，Proof of Space)
10. 历史证明(PoHistory，Proof of History)
11. 权益流通证明(PoSV，Proof of Stake Velocity)
12. 重要性证明(PoImportance，Proof of Importance)
13. 烧毁证明(PoBurn，Proof of Burn)
14. 身份证明(PoI，Proof of Identity)
15. 活动证明(PoActivity，Proof Of Activity)
16. 时间证明(PoTime，Proof of Time)
17. 存在证明(PoExistence，Proof of Existence)
18. Ouroboros
19. 可收回证明(PoR，Proof of Retrievability)
20. 拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance)
21. 授权拜占庭容错算法(dBFT，Delegated Byzantine Fault Tolerance)
22. RAFT
23. 恒星共识(Stellar Consensus)
24. 置信度证明(PoB，Proof of Believability)
25. 有向无环图(DAG，Directed Acyclic Graphs)
26. Tangle(IOTA)
27. Hashgraph
28.Holochain
29. Block-Lattice(Nano)
30.SPECTRE

‘捌’ Klaytn是采用哪种算法来运行网络的

基于伊斯坦布尔拜占庭容错共识算法，Klaytn采用了“共识私有”与“网络公开”相结合的信任模型，该模型包含共识节点与终端节点。前者共同组成一个私有网络，通过运行拜占庭一致性算法以确认交易；后者则负责双重查验交易结果。任何人均可作为终端节点加入Klaytn网络。